JP7360288B2

JP7360288B2 - fuel cell system

Info

Publication number: JP7360288B2
Application number: JP2019174298A
Authority: JP
Inventors: しのぶ岡崎
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2023-10-12
Anticipated expiration: 2039-09-25
Also published as: JP2021051919A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

近年、燃料電池を種々の装置の電力源として利用する技術の開発が進められている。燃料電池は、一般に、複数の燃料電池セルが積層されている燃料電池スタックを有しており、燃料電池セルには、電解質膜、アノード電極およびカソード電極を含む膜電極接合体が設けられている。そして、燃料電池セルにおいて、アノード電極に燃料ガス（具体的には、水素を含むガスである水素ガス）が供給され、カソード電極に酸化ガス（具体的には、酸素を含むガスである空気）が供給されることによって発電が行われる。 In recent years, the development of technology that uses fuel cells as a power source for various devices has been progressing. A fuel cell generally has a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked, and the fuel cell is provided with a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane, an anode electrode, and a cathode electrode. . In the fuel cell, fuel gas (specifically, hydrogen gas, which is a gas containing hydrogen) is supplied to the anode electrode, and oxidizing gas (specifically, air, which is a gas containing oxygen) is supplied to the cathode electrode. Power is generated by being supplied with

燃料電池システムでは、燃料電池から水を排出するための水排出路が、燃料電池から排出される水素ガスが流通する水素ガス排出路と接続されており、当該水排出路を介して水素ガスとともに水の排出が行われる。例えば、燃料電池の発電中には、水素ガスと空気との電気化学反応が行われることによって、空気極（つまり、カソード電極）側に水が生成される。この水は電解質膜を通して水蒸気濃度の低い水素極（つまり、アノード電極）側に移動し、温度と湿度によっては凝縮して液体の水となる。このように生成された水が燃料電池内に残存することに起因して、水素ガスの反応が妨げられ、燃料電池の電圧が低下してしまうことを抑制するために、燃料電池により生成された水を排出することが行われる（例えば、特許文献１を参照）。 In a fuel cell system, a water discharge channel for discharging water from the fuel cell is connected to a hydrogen gas discharge channel through which hydrogen gas discharged from the fuel cell flows, and the water is discharged along with the hydrogen gas through the water discharge channel. Water is drained. For example, during power generation by a fuel cell, an electrochemical reaction between hydrogen gas and air generates water on the air electrode (that is, cathode electrode) side. This water moves through the electrolyte membrane to the hydrogen electrode (that is, the anode electrode) side where the water vapor concentration is low, and depending on the temperature and humidity, it condenses and becomes liquid water. In order to prevent the water produced in this way from remaining in the fuel cell, which hinders the reaction of hydrogen gas and reduces the voltage of the fuel cell, the water produced by the fuel cell is Draining the water is performed (see, for example, US Pat.

特開２０１０－１０８７５６号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-108756

ところで、従来の技術では、燃料電池システムにおいて水素ガスとともに水のすべてを短時間で排出するには水排出路を通る水の流速が不足する場合があった。それにより、例えば、燃料電池内に水が残存してしまい、燃料電池の電圧の低下や残存した水の凍結が生じるおそれがあった。また、水をすべて排出するために、水を長時間に亘って排出すると水の他に水素ガスを多く排出するおそれがあった。 By the way, in the conventional technology, the flow rate of water through the water discharge path may be insufficient to discharge all of the water together with hydrogen gas in a short time in a fuel cell system. As a result, for example, water may remain in the fuel cell, and there is a risk that the voltage of the fuel cell may drop or the remaining water may freeze. In addition, if the water is drained for a long time in order to drain all the water, there is a risk that a large amount of hydrogen gas will be discharged in addition to water.

そこで、本発明は、このような課題に鑑み、燃料電池システムにおいて水を排出する際に、水の流速を増大させることが可能な燃料電池システムを提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of these problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can increase the flow rate of water when discharging water from the fuel cell system.

上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池から排出される水素ガスが流通する水素ガス排出路と接続され、当該水素ガスに含まれる水が流通する水排出路と、燃料電池から排出される空気が流通する空気排出路と、を備え、水排出路は、空気排出路と合流しており、水排出路と空気排出路とが合流する合流部分には、空気の流れで水を吸引するエジェクタ部が設けられており、エジェクタ部は、空気排出路を流通する空気を加速して噴射するノズル部と、ノズル部から噴射される空気の流れによって水が吸引される吸引部と、ノズル部から噴射された空気と、吸引部において吸引された水とが混合されて流通する混合部と、を有し、燃料電池の起動時に燃料電池を水素ガスにより掃気する際に、燃料電池の電圧に基づいて、吸引部の吸引性能を制御する制御装置をさらに備える。
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池から排出される水素ガスが流通する水素ガス排出路と接続され、当該水素ガスに含まれる水が流通する水排出路と、燃料電池から排出される空気が流通する空気排出路と、を備え、水排出路は、空気排出路と合流しており、水排出路と空気排出路とが合流する合流部分には、空気の流れで水を吸引するエジェクタ部が設けられており、エジェクタ部は、空気排出路を流通する空気を加速して噴射するノズル部と、ノズル部から噴射される空気の流れによって水が吸引される吸引部と、ノズル部から噴射された空気と、吸引部において吸引された水とが混合されて流通する混合部と、を有し、水素ガス排出路と水排出路との間には、水を排出する排出弁が設けられており、燃料電池の発電時に排出弁を開放する際に、排出弁より上流側で残存する水の量が多いほど、吸引部の吸引性能が高くなるように、吸引部の吸引性能を制御する制御装置をさらに備える。 In order to solve the above problems, the fuel cell system of the present invention connects a fuel cell to a hydrogen gas discharge path through which hydrogen gas discharged from the fuel cell flows, and provides a fuel cell system in which a fuel cell is connected to a hydrogen gas discharge path through which hydrogen gas discharged from the fuel cell flows, and a water flow path through which water contained in the hydrogen gas flows. The water discharge channel is provided with a discharge channel and an air discharge channel through which air discharged from the fuel cell flows, and the water discharge channel merges with the air discharge channel. is equipped with an ejector section that sucks water with an air flow. The air injected from the nozzle part and the water sucked in the suction part are mixed and circulated. The apparatus further includes a control device that controls the suction performance of the suction section based on the voltage of the fuel cell during scavenging .
In order to solve the above problems, the fuel cell system of the present invention connects a fuel cell to a hydrogen gas discharge path through which hydrogen gas discharged from the fuel cell flows, and provides a fuel cell system in which a fuel cell is connected to a hydrogen gas discharge path through which hydrogen gas discharged from the fuel cell flows, and a water flow path through which water contained in the hydrogen gas flows. The water discharge channel is provided with a discharge channel and an air discharge channel through which air discharged from the fuel cell flows, and the water discharge channel merges with the air discharge channel. is equipped with an ejector section that sucks water with an air flow. and a mixing section in which the air injected from the nozzle and the water sucked in the suction part are mixed and distributed between the hydrogen gas discharge path and the water discharge path. is equipped with a discharge valve that discharges water, and when the discharge valve is opened during power generation by the fuel cell, the more water that remains upstream of the discharge valve, the higher the suction performance of the suction section. The apparatus further includes a control device that controls the suction performance of the suction section so that the suction performance of the suction section is controlled.

制御装置は、ノズル部の流路断面積を制御することによって、吸引部の吸引性能を制御してもよい。 The control device may control the suction performance of the suction section by controlling the cross-sectional area of the flow path of the nozzle section.

制御装置は、ノズル部より上流側での空気の圧力を制御することによって、吸引部の吸引性能を制御してもよい。 The control device may control the suction performance of the suction section by controlling the air pressure upstream of the nozzle section.

水素ガス排出路と水排出路との間には、水を排出する排出弁が設けられており、燃料電池の発電時に排出弁を開放する際に、制御装置は、燃料電池システムにおける排出弁より上流側で残存する水の量と相関するパラメータに基づいて、吸引部の吸引性能を制御してもよい。 A discharge valve for discharging water is provided between the hydrogen gas discharge channel and the water discharge channel, and when the discharge valve is opened during power generation by the fuel cell, the control device The suction performance of the suction unit may be controlled based on a parameter that correlates with the amount of water remaining on the upstream side.

パラメータは、燃料電池の電圧を含んでもよい。 The parameters may include fuel cell voltage.

パラメータは、燃料電池の温度を含んでもよい。 The parameters may include temperature of the fuel cell.

パラメータは、燃料電池の内部インピーダンスを含んでもよい。 The parameters may include the internal impedance of the fuel cell.

燃料電池の起動時に燃料電池を水素ガスにより掃気する際に、制御装置は、燃料電池の電圧に基づいて、吸引部の吸引性能を制御してもよい。 When scavenging the fuel cell with hydrogen gas at startup of the fuel cell, the control device may control the suction performance of the suction section based on the voltage of the fuel cell.

吸引部には、外気が供給される外気流路が接続されていてもよい。 An outside air flow path through which outside air is supplied may be connected to the suction section.

本発明によれば、燃料電池システムにおいて水を排出する際に、水の流速を増大させることが可能となる。 According to the present invention, when discharging water in a fuel cell system, it is possible to increase the flow rate of water.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るエジェクタ部の概略構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an ejector section according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るエジェクタ部のノズル部に設けられる遮蔽装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram showing the composition of the shielding device provided in the nozzle part of the ejector part concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池の発電時の燃料電池システムにおける空気および水素ガスの流れを示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the flow of air and hydrogen gas in the fuel cell system during power generation using the fuel cell according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池の起動時の燃料電池システムにおける空気および水素ガスの流れを示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the flow of air and hydrogen gas in the fuel cell system at the time of startup of the fuel cell according to the embodiment of the present invention.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in these embodiments are merely illustrative to facilitate understanding of the invention, and do not limit the invention unless otherwise specified. In this specification and the drawings, elements with substantially the same functions and configurations are given the same reference numerals to omit redundant explanation, and elements not directly related to the present invention are omitted from illustration. do.

<燃料電池システムの構成>
まず、図１～図３を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１の構成について説明する。 <Fuel cell system configuration>
First, the configuration of a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

図１は、燃料電池システム１の概略構成を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 1. As shown in FIG.

燃料電池システム１は、燃料電池１０を備えるシステムであり、例えば、車両に搭載され、その場合、燃料電池１０は車両の駆動用モータの電力源として利用され得る。燃料電池システム１が車両に搭載される場合、燃料電池１０は、例えば、車両のエンジンルーム内または車室の下方等に配置される。なお、本発明に係る燃料電池システムは、車両以外の他の装置に搭載されてもよく、例えば、船舶等の車両以外の移動体に搭載されてもよく、建物における発電システムとして利用される定置式のものであってもよい。 The fuel cell system 1 is a system including a fuel cell 10, and is mounted on a vehicle, for example, in which case the fuel cell 10 can be used as a power source for a drive motor of the vehicle. When the fuel cell system 1 is mounted on a vehicle, the fuel cell 10 is placed, for example, in the engine room of the vehicle or below the passenger compartment. Note that the fuel cell system according to the present invention may be mounted on a device other than a vehicle, for example, it may be mounted on a moving body other than a vehicle such as a ship, or it may be mounted on a stationary device used as a power generation system in a building. It may be a formula.

具体的には、燃料電池システム１は、図１に示されるように、燃料電池１０と、空気供給路２１と、空気排出路２２と、吸入口３１と、エアフィルタ３２と、コンプレッサ３３と、水素ガス供給路４１と、水素ガス排出路４２と、水素ガス還流路４３と、水排出路４４と、水素タンク５１と、開閉弁５２と、排出弁５３と、ポンプ５４と、気液分離器５９と、エジェクタ部６０と、電圧センサ９１と、温度センサ９２と、制御装置１００とを備える。 Specifically, as shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel cell 10, an air supply path 21, an air exhaust path 22, an inlet 31, an air filter 32, a compressor 33, Hydrogen gas supply path 41, hydrogen gas discharge path 42, hydrogen gas recirculation path 43, water discharge path 44, hydrogen tank 51, on-off valve 52, discharge valve 53, pump 54, and gas-liquid separator 59, an ejector section 60, a voltage sensor 91, a temperature sensor 92, and a control device 100.

燃料電池１０は、燃料ガス（具体的には、水素ガス）と酸化ガス（具体的には、空気）とを反応させることにより発電する電池である。具体的には、燃料電池１０は、複数の燃料電池セルが積層されている燃料電池スタックを有しており、各燃料電池セルには、電解質膜、アノード電極およびカソード電極を含む膜電極接合体が設けられている。 The fuel cell 10 is a battery that generates electricity by reacting fuel gas (specifically, hydrogen gas) and oxidizing gas (specifically, air). Specifically, the fuel cell 10 has a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked, and each fuel cell has a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane, an anode electrode, and a cathode electrode. is provided.

燃料電池１０には、ガスが流通するガス流路として、空気が流通する空気流路１２および水素ガスが流通する水素ガス流路１４が形成されている。空気流路１２の一端には空気供給路２１が接続されており、空気流路１２の他端には空気排出路２２が接続されている。なお、燃料電池１０内において、空気流路１２は、各燃料電池セルを通過するように分岐している。また、水素ガス流路１４の一端には水素ガス供給路４１が接続されており、水素ガス流路１４の他端には水素ガス排出路４２が接続されている。なお、燃料電池１０内において、水素ガス流路１４は、各燃料電池セルを通過するように分岐している。 The fuel cell 10 is formed with an air flow path 12 through which air flows and a hydrogen gas flow path 14 through which hydrogen gas flows, as gas flow paths through which gas flows. An air supply path 21 is connected to one end of the air flow path 12, and an air discharge path 22 is connected to the other end of the air flow path 12. Note that in the fuel cell 10, the air flow path 12 branches so as to pass through each fuel cell. Further, a hydrogen gas supply path 41 is connected to one end of the hydrogen gas flow path 14, and a hydrogen gas discharge path 42 is connected to the other end of the hydrogen gas flow path 14. Note that within the fuel cell 10, the hydrogen gas flow path 14 branches so as to pass through each fuel cell.

空気供給路２１は、燃料電池１０に供給される空気が流通する流路である。空気供給路２１には、吸入口３１と、エアフィルタ３２と、コンプレッサ３３とが上流側からこの順に設けられている。吸入口３１は、空気（例えば、車外の空気である外気）が吸入される吸入口である。エアフィルタ３２は、空気供給路２１を流通する空気に含まれる異物を除去する。コンプレッサ３３は、当該コンプレッサ３３よりも上流側の空気を圧縮して下流側（つまり、燃料電池１０側）に送る。コンプレッサ３３が駆動されることによって、吸入口３１から空気が吸入され、当該空気が空気供給路２１を介して燃料電池１０内の空気流路１２に供給される。なお、空気供給路２１は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。 The air supply path 21 is a flow path through which air supplied to the fuel cell 10 flows. The air supply path 21 is provided with an inlet 31, an air filter 32, and a compressor 33 in this order from the upstream side. The intake port 31 is an intake port into which air (for example, outside air that is air outside the vehicle) is taken in. The air filter 32 removes foreign matter contained in the air flowing through the air supply path 21. The compressor 33 compresses air upstream of the compressor 33 and sends it to the downstream side (that is, to the fuel cell 10 side). When the compressor 33 is driven, air is sucked in from the suction port 31, and the air is supplied to the air flow path 12 in the fuel cell 10 via the air supply path 21. Note that the air supply path 21 may be formed of one member or may be formed of a plurality of members.

空気排出路２２は、燃料電池１０から排出される空気が流通する流路である。燃料電池１０内の空気流路１２を通った空気は、空気排出路２２を通って排出される。 The air discharge path 22 is a flow path through which air discharged from the fuel cell 10 flows. Air that has passed through the air flow path 12 within the fuel cell 10 is exhausted through the air exhaust path 22.

詳細には、空気排出路２２は、第１排出路２２ａと、第２排出路２２ｂとを有する。第１排出路２２ａは燃料電池１０内の空気流路１２と接続されており、第２排出路２２ｂはエジェクタ部６０を介して第１排出路２２ａと接続されている。なお、第１排出路２２ａおよび第２排出路２２ｂの各々は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。 Specifically, the air exhaust path 22 has a first exhaust path 22a and a second exhaust path 22b. The first exhaust path 22a is connected to the air flow path 12 in the fuel cell 10, and the second exhaust path 22b is connected to the first exhaust path 22a via the ejector section 60. Note that each of the first discharge passage 22a and the second discharge passage 22b may be formed of one member, or may be formed of a plurality of members.

後述するように、エジェクタ部６０は、空気の流れで水を吸引する機能を有し、当該エジェクタ部６０に水排出路４４が接続されている。このように、水排出路４４は空気排出路２２と合流しており、水排出路４４と空気排出路２２とが合流する合流部分にはエジェクタ部６０が設けられている。 As will be described later, the ejector section 60 has a function of sucking water by air flow, and the water discharge path 44 is connected to the ejector section 60. In this way, the water discharge passage 44 merges with the air discharge passage 22, and the ejector portion 60 is provided at the confluence portion where the water discharge passage 44 and the air discharge passage 22 merge.

水素ガス供給路４１は、燃料電池１０に供給される水素ガスが流通する流路である。水素ガス供給路４１には、水素供給源としての水素タンク５１と、開閉弁５２とが上流側からこの順に設けられている。水素タンク５１には、水素が貯蔵されている。開閉弁５２が開状態となっているときに、水素ガスが、水素タンク５１から水素ガス供給路４１を介して燃料電池１０内の水素ガス流路１４に供給される。なお、水素ガス供給路４１は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。 The hydrogen gas supply path 41 is a flow path through which hydrogen gas supplied to the fuel cell 10 flows. The hydrogen gas supply path 41 is provided with a hydrogen tank 51 as a hydrogen supply source and an on-off valve 52 in this order from the upstream side. Hydrogen is stored in the hydrogen tank 51. When the on-off valve 52 is in the open state, hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 51 to the hydrogen gas flow path 14 in the fuel cell 10 via the hydrogen gas supply path 41. Note that the hydrogen gas supply path 41 may be formed of one member or may be formed of a plurality of members.

開閉弁５２は、具体的には、水素ガス供給路４１内の流体の流れを断接する機能を有する。開閉弁５２が開状態のときには、水素ガス供給路４１内で開閉弁５２を介して流体が流通可能な状態となり、開閉弁５２が閉状態のときには、水素ガス供給路４１内で開閉弁５２により流体の流通が遮断された状態となる。ゆえに、開閉弁５２を開放することによって、水素タンク５１から燃料電池１０内の水素ガス流路１４への水素ガスの供給を行うことができる。詳細には、水素ガス供給路４１における開閉弁５２より下流側には、水素ガスの圧力を調整する調圧弁（図示省略）が設けられており、当該調圧弁が制御されることによって、水素ガス流路１４へ供給される水素ガスの圧力が制御されるようになっている。 Specifically, the on-off valve 52 has a function of connecting and disconnecting the flow of fluid in the hydrogen gas supply path 41. When the on-off valve 52 is open, fluid can flow through the on-off valve 52 within the hydrogen gas supply path 41, and when the on-off valve 52 is closed, fluid can flow through the on-off valve 52 within the hydrogen gas supply path 41. The fluid flow is cut off. Therefore, by opening the on-off valve 52, hydrogen gas can be supplied from the hydrogen tank 51 to the hydrogen gas passage 14 in the fuel cell 10. Specifically, a pressure regulating valve (not shown) for regulating the pressure of hydrogen gas is provided downstream of the on-off valve 52 in the hydrogen gas supply path 41, and by controlling the pressure regulating valve, the hydrogen gas The pressure of hydrogen gas supplied to the flow path 14 is controlled.

水素ガス排出路４２は、燃料電池１０から排出される水素ガスが流通する流路である。水素ガス排出路４２は、排出弁５３を介して、水排出路４４と接続されている。水排出路４４は、水素ガスに含まれる水が流通する流路である。また、水排出路４４は、空気排出路２２に設けられるエジェクタ部６０と接続されている。排出弁５３が開状態となっているときに、水素ガス排出路４２と水排出路４４とが連通し、排出弁５３より上流側（つまり、燃料電池１０側）の水素ガスに含まれる水が水排出路４４に送られる。この際、具体的には、水素ガスとともに水が水排出路４４に送られ、これらの流体は、水排出路４４を通ってエジェクタ部６０に送られる。その後、水および水素ガスは、エジェクタ部６０において空気と混合され、第２排出路２２ｂを通って排出される。なお、水素ガス排出路４２は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。また、以下では、水素ガス排出路４２から水排出路４４へ水素ガスとともに水が送られる例を主に説明するが、水素ガス排出路４２から水排出路４４へ水のみが送られてもよい。 The hydrogen gas discharge path 42 is a flow path through which hydrogen gas discharged from the fuel cell 10 flows. The hydrogen gas discharge path 42 is connected to a water discharge path 44 via a discharge valve 53. The water discharge path 44 is a flow path through which water contained in hydrogen gas flows. Further, the water discharge path 44 is connected to an ejector section 60 provided in the air discharge path 22. When the discharge valve 53 is in the open state, the hydrogen gas discharge passage 42 and the water discharge passage 44 communicate with each other, and the water contained in the hydrogen gas on the upstream side (that is, on the fuel cell 10 side) of the discharge valve 53 is discharged. The water is sent to the water discharge path 44. At this time, specifically, water is sent to the water discharge path 44 together with hydrogen gas, and these fluids are sent to the ejector section 60 through the water discharge path 44. Thereafter, water and hydrogen gas are mixed with air in the ejector section 60 and are discharged through the second discharge path 22b. Note that the hydrogen gas exhaust path 42 may be formed of one member or may be formed of a plurality of members. Furthermore, although an example in which water is sent together with hydrogen gas from the hydrogen gas discharge path 42 to the water discharge path 44 will be mainly described below, only water may be sent from the hydrogen gas discharge path 42 to the water discharge path 44. .

排出弁５３は、水を排出する（具体的には、水素ガスとともに排出弁５３より上流側で残存する水やカソード電極から透過した窒素等を排出する）弁である。排出弁５３は、水素ガス排出路４２と水排出路４４との間の流体の流れを断接する機能を有する。排出弁５３が開状態のときには、水素ガス排出路４２と水排出路４４との間で排出弁５３を介して流体が流通可能な状態となり、排出弁５３が閉状態のときには、水素ガス排出路４２と水排出路４４との間で排出弁５３により流体の流通が遮断された状態となる。ゆえに、排出弁５３を開放することによって、燃料電池１０により生成されて燃料電池システム１における排出弁５３より上流側（具体的には、水素ガス排出路４２、燃料電池１０内の水素ガス流路１４、水素ガス供給路４１および水素ガス還流路４３）で残存する水を、排出弁５３を介して排出することができる。排出弁５３は、基本的には閉状態となっており、水の排出を行う時に適宜開状態となる。詳細には、水素ガス排出路４２における排出弁５３より上流側に気液分離器５９が設けられており、気液分離器５９において水素ガスから分離された水が水素ガスとともに排出弁５３を介して排出されるようになっている。 The discharge valve 53 is a valve that discharges water (specifically, discharges water remaining upstream of the discharge valve 53 and nitrogen that has permeated from the cathode electrode together with hydrogen gas). The discharge valve 53 has a function of connecting and disconnecting the flow of fluid between the hydrogen gas discharge path 42 and the water discharge path 44 . When the discharge valve 53 is open, fluid can flow between the hydrogen gas discharge passage 42 and the water discharge passage 44 via the discharge valve 53, and when the discharge valve 53 is closed, the hydrogen gas discharge passage 42 and the water discharge path 44, fluid flow is cut off by the discharge valve 53. Therefore, by opening the exhaust valve 53, the hydrogen gas generated by the fuel cell 10 and the hydrogen gas flow path in the fuel cell system 1 upstream of the exhaust valve 53 (specifically, the hydrogen gas exhaust path 42, the hydrogen gas flow path in the fuel cell 10) is removed. 14, the water remaining in the hydrogen gas supply path 41 and the hydrogen gas recirculation path 43) can be discharged via the discharge valve 53. The discharge valve 53 is basically in a closed state, and is appropriately opened when discharging water. Specifically, a gas-liquid separator 59 is provided upstream of the exhaust valve 53 in the hydrogen gas exhaust path 42, and the water separated from the hydrogen gas in the gas-liquid separator 59 is passed through the exhaust valve 53 together with the hydrogen gas. It is designed to be discharged.

水素ガス還流路４３は、燃料電池１０を迂回して水素ガス排出路４２と水素ガス供給路４１とを接続する水素ガスの流路である。具体的には、水素ガス還流路４３は、水素ガス排出路４２における気液分離器５９よりも上流側と、水素ガス供給路４１における開閉弁５２よりも下流側との間に亘って設けられている。水素ガス還流路４３には、当該水素ガス還流路４３内の水素ガスを水素ガス排出路４２側から水素ガス供給路４１側に送るポンプ５４が設けられている。ポンプ５４が駆動されることによって、燃料電池１０内の水素ガス流路１４を通った水素ガスが、水素ガス還流路４３を通って水素ガス流路１４に戻される。なお、水素ガス還流路４３は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。 The hydrogen gas recirculation path 43 is a hydrogen gas flow path that bypasses the fuel cell 10 and connects the hydrogen gas discharge path 42 and the hydrogen gas supply path 41 . Specifically, the hydrogen gas recirculation path 43 is provided between the upstream side of the gas-liquid separator 59 in the hydrogen gas discharge path 42 and the downstream side of the on-off valve 52 in the hydrogen gas supply path 41. ing. The hydrogen gas recirculation path 43 is provided with a pump 54 that sends the hydrogen gas in the hydrogen gas recirculation path 43 from the hydrogen gas discharge path 42 side to the hydrogen gas supply path 41 side. By driving the pump 54, the hydrogen gas that has passed through the hydrogen gas flow path 14 in the fuel cell 10 is returned to the hydrogen gas flow path 14 through the hydrogen gas recirculation path 43. Note that the hydrogen gas reflux path 43 may be formed of one member or may be formed of a plurality of members.

エジェクタ部６０は、水排出路４４と空気排出路２２とが合流する合流部分に設けられており、空気の流れで水を吸引する機能を有する。なお、エジェクタ部６０は、水排出路４４および空気排出路２２とは別の部材により形成されていてもよく、水排出路４４または空気排出路２２の少なくとも一方と同一の部材により形成されていてもよい。また、エジェクタ部６０は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。以下、図２および図３を参照して、エジェクタ部６０の構成について、詳細に説明する。 The ejector section 60 is provided at a confluence section where the water discharge path 44 and the air discharge path 22 merge, and has a function of sucking water using an air flow. Note that the ejector portion 60 may be formed of a member different from the water discharge passage 44 and the air discharge passage 22, or may be formed of the same member as at least one of the water discharge passage 44 and the air discharge passage 22. Good too. Further, the ejector section 60 may be formed of one member or may be formed of a plurality of members. The configuration of the ejector section 60 will be described in detail below with reference to FIGS. 2 and 3.

図２は、エジェクタ部６０の概略構成を示す模式図である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the ejector section 60.

具体的には、エジェクタ部６０は、図２に示されるように、ノズル部６１と、吸引部６２と、混合部６３とを有する。 Specifically, the ejector section 60 includes a nozzle section 61, a suction section 62, and a mixing section 63, as shown in FIG.

なお、図２では、白抜きの矢印Ａ１により空気（具体的には、空気排出路２２の第１排出路２２ａからエジェクタ部６０に送られた空気）の流れが示されており、ハッチングが付された矢印Ａ２により水および水素ガスの流れが示されており、破線矢印Ａ３により外気流路７１を流通する外気が示されている。具体的には、エジェクタ部６０において、矢印Ａ２により示される水および水素ガスの流れは、排出弁５３が開いている際（例えば、後述する燃料電池１０の発電時に水の排出のために排出弁５３を開放する際や燃料電池１０の起動時に燃料電池１０を水素ガスにより掃気する際）には生じるが、排出弁５３が閉じている時には生じない。 Note that in FIG. 2, the flow of air (specifically, the air sent from the first exhaust path 22a of the air exhaust path 22 to the ejector section 60) is indicated by a white arrow A1, and hatched areas indicate the flow of air. The broken arrow A2 indicates the flow of water and hydrogen gas, and the broken arrow A3 indicates the outside air flowing through the outside air flow path 71. Specifically, in the ejector section 60, the flow of water and hydrogen gas indicated by the arrow A2 occurs when the discharge valve 53 is open (for example, when the discharge valve 53 is opened to discharge water during power generation by the fuel cell 10, which will be described later). This occurs when the exhaust valve 53 is opened or when the fuel cell 10 is scavenged with hydrogen gas at startup of the fuel cell 10), but does not occur when the exhaust valve 53 is closed.

エジェクタ部６０において、ノズル部６１、吸引部６２および混合部６３は、この順に一方向に並んで設けられている。ノズル部６１は、空気排出路２２を流通する空気を加速して噴射する。吸引部６２は、ノズル部６１から噴射される空気の流れによって水が吸引される空間である。混合部６３は、ノズル部６１から噴射された空気と、吸引部６２において吸引された水とが混合されて流通する流路である。 In the ejector section 60, a nozzle section 61, a suction section 62, and a mixing section 63 are arranged in this order in one direction. The nozzle section 61 accelerates and injects the air flowing through the air exhaust path 22. The suction section 62 is a space into which water is sucked by the flow of air jetted from the nozzle section 61. The mixing section 63 is a flow path through which the air injected from the nozzle section 61 and the water sucked in the suction section 62 are mixed.

ノズル部６１は、具体的には、先細りしている筒状である。ノズル部６１の流路断面積は、ノズル部６１の先端部（つまり、吸引部６２側の端部）に進むにつれて小さくなっている。また、ノズル部６１は、空気排出路２２の第１排出路２２ａと連通しており、ノズル部６１には、第１排出路２２ａを通った空気が送られる。ノズル部６１に送られた空気の流速は、当該空気がノズル部６１の先端側のノズル孔６１ａに近づくにつれて、ノズル部６１の流路断面積の減少とともに増大する。そして、空気がノズル部６１のノズル孔６１ａから吸引部６２に向けて加速して噴射される。なお、ノズル部６１の形状は特に限定されず、例えば、ノズル部６１の肉厚は一定でなくてもよい。 Specifically, the nozzle portion 61 has a tapered cylindrical shape. The cross-sectional area of the flow path of the nozzle portion 61 becomes smaller toward the tip of the nozzle portion 61 (that is, the end on the suction portion 62 side). Further, the nozzle portion 61 communicates with the first exhaust path 22a of the air exhaust path 22, and air that has passed through the first exhaust path 22a is sent to the nozzle portion 61. The flow velocity of the air sent to the nozzle section 61 increases as the flow passage cross-sectional area of the nozzle section 61 decreases as the air approaches the nozzle hole 61a on the tip side of the nozzle section 61. Then, the air is accelerated and injected from the nozzle hole 61a of the nozzle part 61 toward the suction part 62. Note that the shape of the nozzle portion 61 is not particularly limited, and, for example, the thickness of the nozzle portion 61 may not be constant.

吸引部６２は、具体的には、ノズル部６１のノズル孔６１ａに対して空気の噴射方向側に隣り合う空間である。ノズル部６１から噴射された空気は、吸引部６２を通過する。また、吸引部６２は、水排出路４４と連通している。吸引部６２では、ノズル部６１により加速され高速となった空気が通過するので、周囲と比べて圧力が低くなっている（つまり、負圧が生じている）。ゆえに、水排出路４４を通って吸引部６２に送られた水および水素ガスは、吸引部６２において、ノズル部６１から噴射される空気の流れによって吸引される。 Specifically, the suction section 62 is a space adjacent to the nozzle hole 61a of the nozzle section 61 in the air injection direction. Air injected from the nozzle section 61 passes through the suction section 62. Further, the suction portion 62 communicates with the water discharge path 44 . In the suction part 62, the air accelerated by the nozzle part 61 and made high-speed passes therethrough, so that the pressure is lower than that of the surrounding area (that is, negative pressure is generated). Therefore, the water and hydrogen gas sent to the suction section 62 through the water discharge path 44 are sucked in the suction section 62 by the flow of air injected from the nozzle section 61.

混合部６３は、具体的には、吸引部６２に対して空気の噴射方向側に隣り合う空間である。ノズル部６１から噴射された空気は、吸引部６２を通過した後に、混合部６３を流通する。ここで、吸引部６２において、空気の流れによって吸引された水および水素ガスは、空気とともに混合部６３に送られる。ゆえに、混合部６３には、ノズル部６１から噴射された空気および吸引部６２において吸引された水および水素ガス（つまり、水素ガス排出路４２からの排出物）が送られ、混合部６３において、当該空気と、当該水および水素ガスを含む排出物とが混合されて流通する。なお、図２では、混合部６３の流路断面積が下流側に進むにつれて大きくなっている例が示されているが、混合部６３の形状は特に限定されず、例えば、混合部６３の流路断面積は一定であってもよい。 Specifically, the mixing section 63 is a space adjacent to the suction section 62 in the air injection direction. The air injected from the nozzle section 61 passes through the suction section 62 and then flows through the mixing section 63. Here, the water and hydrogen gas sucked by the air flow in the suction section 62 are sent to the mixing section 63 together with the air. Therefore, the air injected from the nozzle part 61 and the water and hydrogen gas sucked in the suction part 62 (that is, the exhaust from the hydrogen gas exhaust path 42) are sent to the mixing part 63, and in the mixing part 63, The air and the water and the exhaust gas containing hydrogen gas are mixed and distributed. Although FIG. 2 shows an example in which the cross-sectional area of the flow path of the mixing section 63 increases toward the downstream side, the shape of the mixing section 63 is not particularly limited. The road cross-sectional area may be constant.

また、混合部６３は、空気排出路２２の第２排出路２２ｂと連通しており、混合部６３を通った空気は、第２排出路２２ｂを通って排出される。特に、水の排出の際には、吸引部６２において吸引された水は、混合部６３において空気と混合された後、第２排出路２２ｂを通って空気とともに排出される。 Further, the mixing section 63 communicates with the second exhaust path 22b of the air exhaust path 22, and the air that has passed through the mixing section 63 is discharged through the second exhaust path 22b. In particular, when discharging water, the water sucked in the suction section 62 is mixed with air in the mixing section 63 and then discharged together with the air through the second discharge path 22b.

ここで、図２に示されるように、燃料電池システム１から排出されるガスにおける水素濃度を効果的に低減する観点では、吸引部６２には、外気が供給される外気流路７１が接続されていることが好ましい。 Here, as shown in FIG. 2, from the viewpoint of effectively reducing the hydrogen concentration in the gas discharged from the fuel cell system 1, an outside air flow path 71 through which outside air is supplied is connected to the suction section 62. It is preferable that

例えば、燃料電池システム１が車両に搭載される場合、外気は車外の空気に相当する。この場合、外気流路７１は、走行風が送られる位置に設けられる（または、車外の空間に面して設けられる）空気の吸入口と吸引部６２とを連通し、外気流路７１には、当該吸入口から外気が供給されるようになっている。外気流路７１から吸引部６２に送られた外気は、吸引部６２において、ノズル部６１から噴射される空気の流れによって吸引される。ゆえに、水の排出が行われる際に、第２排出路２２ｂを通って排出されるガスにおける空気の割合を増大させることができるので、当該ガスにおける水素濃度を効果的に低減することができる。 For example, when the fuel cell system 1 is mounted on a vehicle, the outside air corresponds to the air outside the vehicle. In this case, the outside air flow path 71 communicates with the suction part 62 and an air intake port provided at a position where the running wind is sent (or provided facing the space outside the vehicle). , outside air is supplied from the inlet. The outside air sent from the outside air flow path 71 to the suction section 62 is sucked in the suction section 62 by the flow of air jetted from the nozzle section 61 . Therefore, when water is discharged, the proportion of air in the gas discharged through the second discharge path 22b can be increased, so that the hydrogen concentration in the gas can be effectively reduced.

エジェクタ部６０では、吸引部６２の吸引性能（つまり、水または水素ガス等の各種流体を空気の流れにより吸引する性能）を調整可能となっていることが好ましい。それにより、吸引部６２の吸引性能を調整することによって、排出される水の流速をより適切に増大させることが可能となる。吸引部６２の吸引性能を調整するための装置として、エジェクタ部６０のノズル部６１には、遮蔽装置８１が設けられている。 In the ejector section 60, it is preferable that the suction performance of the suction section 62 (that is, the ability to suction various fluids such as water or hydrogen gas by air flow) is adjustable. Thereby, by adjusting the suction performance of the suction part 62, it becomes possible to increase the flow rate of discharged water more appropriately. A shielding device 81 is provided in the nozzle section 61 of the ejector section 60 as a device for adjusting the suction performance of the suction section 62.

図３は、エジェクタ部６０のノズル部６１に設けられる遮蔽装置８１の構成を示す模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a shielding device 81 provided in the nozzle section 61 of the ejector section 60.

遮蔽装置８１は、ノズル部６１のノズル孔６１ａの流路断面積を調整する機能を有する。具体的には、遮蔽装置８１は、ノズル部６１のノズル孔６１ａを流通する空気を部分的に遮蔽する遮蔽部材８１ａを有する。なお、遮蔽装置８１は、遮蔽部材８１ａを移動させる駆動装置（図示省略）を有しており、遮蔽部材８１ａの位置は、当該駆動装置により調整されるようになっている。 The shielding device 81 has a function of adjusting the flow path cross-sectional area of the nozzle hole 61a of the nozzle portion 61. Specifically, the shielding device 81 includes a shielding member 81a that partially shields the air flowing through the nozzle hole 61a of the nozzle portion 61. The shielding device 81 has a drive device (not shown) that moves the shielding member 81a, and the position of the shielding member 81a is adjusted by the drive device.

具体的には、図３に示されるように、ノズル部６１の先端部には、当該ノズル部６１の径方向に貫通する貫通孔６１ｂが形成されており、遮蔽部材８１ａは、当該貫通孔６１ｂに挿通されている。遮蔽部材８１ａは、貫通孔６１ｂ内を摺動することによって、ノズル部６１の径方向に移動可能となっている。ゆえに、遮蔽部材８１ａの位置を調整することによって、ノズル部６１のノズル孔６１ａの流路断面積を調整することができる。 Specifically, as shown in FIG. 3, a through hole 61b that penetrates in the radial direction of the nozzle part 61 is formed at the tip of the nozzle part 61, and the shielding member 81a is formed in the tip of the nozzle part 61. is inserted into. The shielding member 81a is movable in the radial direction of the nozzle portion 61 by sliding within the through hole 61b. Therefore, by adjusting the position of the shielding member 81a, the cross-sectional area of the flow path of the nozzle hole 61a of the nozzle portion 61 can be adjusted.

例えば、遮蔽部材８１ａの位置が図３で実線により示される位置に調整されている場合、遮蔽部材８１ａの全体がノズル部６１の内周部よりもノズル部６１の径方向外側に位置している。ゆえに、ノズル部６１のノズル孔６１ａを流通する空気が遮蔽部材８１ａにより遮蔽されない状態となる。 For example, when the position of the shielding member 81a is adjusted to the position shown by the solid line in FIG. . Therefore, the air flowing through the nozzle hole 61a of the nozzle portion 61 is not blocked by the shielding member 81a.

一方、遮蔽部材８１ａの位置が図３で二点鎖線により示される位置に調整されている場合、遮蔽部材８１ａの一部がノズル部６１の内周部よりもノズル部６１の径方向内側に位置している。ゆえに、ノズル部６１のノズル孔６１ａを流通する空気の一部が遮蔽部材８１ａにより遮蔽される状態となる。つまり、ノズル部６１のノズル孔６１ａの流路断面積が、遮蔽部材８１ａの位置が図３で実線により示される位置に調整されている場合と比べて小さくなる。このように、ノズル部６１のノズル孔６１ａの流路断面積を小さくすることによって、ノズル部６１から噴射される空気の流速を大きくすることができるので、吸引部６２の吸引性能を高くすることができる。 On the other hand, when the position of the shielding member 81a is adjusted to the position indicated by the two-dot chain line in FIG. are doing. Therefore, a portion of the air flowing through the nozzle hole 61a of the nozzle portion 61 is shielded by the shielding member 81a. That is, the cross-sectional area of the flow path of the nozzle hole 61a of the nozzle portion 61 is smaller than that in the case where the position of the shielding member 81a is adjusted to the position shown by the solid line in FIG. In this way, by reducing the flow path cross-sectional area of the nozzle hole 61a of the nozzle part 61, the flow velocity of the air injected from the nozzle part 61 can be increased, so that the suction performance of the suction part 62 can be increased. I can do it.

以下、図１に戻り、燃料電池システム１の構成の説明を続ける。 Hereinafter, referring back to FIG. 1, the explanation of the configuration of the fuel cell system 1 will be continued.

電圧センサ９１は、燃料電池１０の各燃料電池セルの電圧を検出し、検出結果を制御装置１００に出力する。 Voltage sensor 91 detects the voltage of each fuel cell of fuel cell 10 and outputs the detection result to control device 100.

温度センサ９２は、燃料電池１０内を流通する冷媒（例えば、冷却水）の温度を検出し、検出結果を制御装置１００に出力する。具体的には、温度センサ９２は、燃料電池１０内の冷媒が流通する冷媒流路（図示省略）の下流側端部（つまり、冷媒流路の出口）の近傍に設けられ、設置箇所における冷媒の温度を検出する。制御装置１００が行う後述する処理では、温度センサ９２により検出される冷媒の温度は、燃料電池１０の温度に相当する値として利用される。 The temperature sensor 92 detects the temperature of a refrigerant (for example, cooling water) flowing within the fuel cell 10 and outputs the detection result to the control device 100. Specifically, the temperature sensor 92 is provided near the downstream end (that is, the outlet of the refrigerant flow path) of a refrigerant flow path (not shown) through which the refrigerant in the fuel cell 10 flows, and Detects the temperature of In the later-described process performed by the control device 100, the temperature of the refrigerant detected by the temperature sensor 92 is used as a value corresponding to the temperature of the fuel cell 10.

制御装置１００は、燃料電池システム１における各装置の動作を制御する。 The control device 100 controls the operation of each device in the fuel cell system 1.

例えば、制御装置１００は、演算処理装置であるＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）およびＣＰＵの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等を含む。 For example, the control device 100 includes a CPU (Central Processing Unit) that is an arithmetic processing unit, a ROM (Read Only Memory) that is a storage element that stores programs and calculation parameters used by the CPU, and parameters that change as appropriate during execution of the CPU. It includes a RAM (Random Access Memory), which is a storage element that temporarily stores information such as RAM.

具体的には、制御装置１００は、コンプレッサ３３、開閉弁５２、排出弁５３およびポンプ５４の動作を制御することによって、燃料電池システム１における空気および水素ガスの流れを制御する。 Specifically, the control device 100 controls the flow of air and hydrogen gas in the fuel cell system 1 by controlling the operations of the compressor 33, the on-off valve 52, the discharge valve 53, and the pump 54.

また、制御装置１００は、エジェクタ部６０のノズル部６１に設けられる遮蔽装置８１の動作を制御することにより、ノズル部６１の流路断面積（具体的には、ノズル孔６１ａの流路断面積）を制御することによって、エジェクタ部６０の吸引部６２の吸引性能を制御する。 The control device 100 also controls the flow path cross-sectional area of the nozzle portion 61 (specifically, the flow path cross-sectional area of the nozzle hole 61a) by controlling the operation of the shielding device 81 provided in the nozzle portion 61 of the ejector portion 60. ), the suction performance of the suction section 62 of the ejector section 60 is controlled.

なお、後述するように、ノズル部６１の流路断面積の制御は、遮蔽装置８１を用いる方法以外の他の方法により実現されてもよい。また、吸引部６２の吸引性能の制御は、ノズル部６１の流路断面積を制御する方法以外の他の方法により実現されてもよい。 Note that, as will be described later, the flow path cross-sectional area of the nozzle portion 61 may be controlled by a method other than the method using the shielding device 81. Further, the suction performance of the suction section 62 may be controlled by a method other than the method of controlling the cross-sectional area of the flow path of the nozzle section 61.

また、制御装置１００は、電圧センサ９１および温度センサ９２と通信することによって、電圧センサ９１および温度センサ９２から出力される情報を取得する。 Further, the control device 100 acquires information output from the voltage sensor 91 and the temperature sensor 92 by communicating with the voltage sensor 91 and the temperature sensor 92.

制御装置１００は、上述したように、燃料電池システム１に搭載される各装置と通信を行う。制御装置１００と各装置との通信は、例えば、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて実現される。 As described above, the control device 100 communicates with each device installed in the fuel cell system 1. Communication between the control device 100 and each device is realized using, for example, CAN (Controller Area Network) communication.

なお、本実施形態に係る制御装置１００が有する機能は複数の制御装置により少なくとも部分的に分割されてもよく、複数の機能が１つの制御装置によって実現されてもよい。制御装置１００が有する機能が複数の制御装置により少なくとも部分的に分割される場合、当該複数の制御装置は、ＣＡＮ等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。 Note that the functions of the control device 100 according to the present embodiment may be at least partially divided by a plurality of control devices, or the plurality of functions may be realized by one control device. When the functions of the control device 100 are at least partially divided into a plurality of control devices, the plurality of control devices may be connected to each other via a communication bus such as CAN.

上記のように、燃料電池システム１では、水排出路４４と空気排出路２２とが合流する合流部分には、空気の流れで水を吸引するエジェクタ部６０が設けられている。それにより、水排出路４４を通って排出される水を、エジェクタ部６０において空気の流れにより吸引することができる。ゆえに、燃料電池システム１において水を排出する際に、水の流速を増大させることができる。 As described above, in the fuel cell system 1, the ejector section 60 that sucks water with the flow of air is provided at the confluence portion where the water discharge path 44 and the air discharge path 22 merge. Thereby, the water discharged through the water discharge path 44 can be sucked by the air flow in the ejector section 60. Therefore, when discharging water in the fuel cell system 1, the flow rate of water can be increased.

<燃料電池システムの動作>
続いて、図４および図５を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１の動作について説明する。 <Fuel cell system operation>
Next, the operation of the fuel cell system 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

上述したように、燃料電池システム１における空気および水素ガスの流れは、制御装置１００により行われる。以下では、燃料電池１０の発電時および起動時の各々での燃料電池システム１における空気および水素ガスの流れを順に説明する。なお、以下で参照する図４および図５では、燃料電池システム１における空気および水素ガスの流れが矢印により示されている。 As described above, the flow of air and hydrogen gas in the fuel cell system 1 is controlled by the control device 100. Below, the flow of air and hydrogen gas in the fuel cell system 1 will be explained in order when the fuel cell 10 generates power and when it starts up. Note that in FIGS. 4 and 5 referred to below, the flows of air and hydrogen gas in the fuel cell system 1 are indicated by arrows.

［発電時］
まず、図４を参照して、燃料電池１０の発電時の燃料電池システム１における空気および水素ガスの流れについて説明する。 [During power generation]
First, with reference to FIG. 4, the flow of air and hydrogen gas in the fuel cell system 1 during power generation by the fuel cell 10 will be described.

制御装置１００は、例えば、要求される発電量（例えば、燃料電池システム１が車両に搭載される場合、要求される駆動力に応じた発電量）で燃料電池１０を発電させる。燃料電池１０の発電時には、要求される発電量に応じた量の空気および水素ガスが燃料電池１０に供給されるように、空気および水素ガスの流れが制御される。 For example, the control device 100 causes the fuel cell 10 to generate power at a required amount of power generation (for example, when the fuel cell system 1 is mounted on a vehicle, the amount of power generated according to the required driving force). When the fuel cell 10 generates power, the flow of air and hydrogen gas is controlled so that the amount of air and hydrogen gas corresponding to the required amount of power generation is supplied to the fuel cell 10.

図４は、燃料電池１０の発電時の燃料電池システム１における空気および水素ガスの流れを示す模式図である。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the flow of air and hydrogen gas in the fuel cell system 1 when the fuel cell 10 generates power.

まず、空気の流れについて説明する。燃料電池１０の発電時には、コンプレッサ３３が制御装置１００により駆動される。それにより、図４で矢印Ｆ１０により示されるように、吸入口３１から空気が吸入され、当該空気が空気供給路２１を介して燃料電池１０内の空気流路１２に送られ、空気排出路２２から排出されるように、空気の流れが生じる。ゆえに、燃料電池１０への空気の供給が実現される。 First, air flow will be explained. When the fuel cell 10 generates power, the compressor 33 is driven by the control device 100. As a result, as shown by the arrow F10 in FIG. A flow of air is created as it is expelled from. Therefore, supply of air to the fuel cell 10 is realized.

次に、水素ガスの流れについて説明する。燃料電池１０の発電時には、開閉弁５２が制御装置１００により開状態となる。それにより、図４で矢印Ｆ２１により示されるように、水素ガスが、水素タンク５１から水素ガス供給路４１を介して燃料電池１０内の水素ガス流路１４に送られるように、水素ガスの流れが生じる。ゆえに、燃料電池１０への水素ガスの供給が実現される。 Next, the flow of hydrogen gas will be explained. When the fuel cell 10 generates power, the on-off valve 52 is opened by the control device 100. Thereby, as shown by the arrow F21 in FIG. occurs. Therefore, supply of hydrogen gas to the fuel cell 10 is realized.

ここで、燃料電池１０の発電時には、制御装置１００により、排出弁５３が基本的に閉状態となり、ポンプ５４が駆動される。それにより、図４で矢印Ｆ２２により示されるように、燃料電池１０内の水素ガス流路１４を通った水素ガスが水素ガス還流路４３を通って水素ガス流路１４に戻されるように、水素ガスの流れが生じる。ゆえに、燃料電池１０において空気と反応しきらずに残った水素ガスを燃料電池１０の発電に再利用することができる。 Here, when the fuel cell 10 generates electricity, the control device 100 basically closes the discharge valve 53 and drives the pump 54. Thereby, as shown by arrow F22 in FIG. A flow of gas occurs. Therefore, the remaining hydrogen gas that has not completely reacted with air in the fuel cell 10 can be reused for power generation by the fuel cell 10.

燃料電池１０の発電時に、燃料電池システム１における排出弁５３より上流側（具体的には、水素ガス排出路４２、燃料電池１０内の水素ガス流路１４、水素ガス供給路４１および水素ガス還流路４３）で残存する水を水素ガスとともに排出する際に、排出弁５３が制御装置１００により開放される。例えば、制御装置１００は、燃料電池１０の発電時に、予め設定された設定時間おきに排出弁５３を一時的に開放させる。また、例えば、制御装置１００は、燃料電池システム１における排出弁５３より上流側で残存する水の量が比較的多いと判定される場合に、排出弁５３を一時的に開放させる。当該判定は、例えば、燃料電池１０の電圧に基づいて行われ得る。燃料電池１０の電圧は、各燃料電池セルの発電電圧の合計値に相当し、例えば、電圧センサ９１の検出結果を用いて特定され得る。なお、制御装置１００は、気液分離器５９に貯留されている水の量が基準値を超えたことをもって、排出弁５３より上流側で残存する水の量が比較的多いと判定してもよい。 During power generation by the fuel cell 10, the upstream side of the exhaust valve 53 in the fuel cell system 1 (specifically, the hydrogen gas exhaust path 42, the hydrogen gas flow path 14 in the fuel cell 10, the hydrogen gas supply path 41, and the hydrogen gas reflux When the remaining water is to be discharged along with the hydrogen gas through the channel 43), the discharge valve 53 is opened by the control device 100. For example, the control device 100 temporarily opens the exhaust valve 53 at preset time intervals when the fuel cell 10 generates electricity. Further, for example, when it is determined that the amount of water remaining upstream of the discharge valve 53 in the fuel cell system 1 is relatively large, the control device 100 temporarily opens the discharge valve 53. The determination may be made based on the voltage of the fuel cell 10, for example. The voltage of the fuel cell 10 corresponds to the total value of the generated voltage of each fuel cell, and can be specified using the detection result of the voltage sensor 91, for example. Note that even if the control device 100 determines that the amount of water remaining upstream of the discharge valve 53 is relatively large because the amount of water stored in the gas-liquid separator 59 exceeds the reference value, good.

上記のように燃料電池１０の発電時に排出弁５３が開放された場合、図４で矢印Ｆ２３により示されるように、排出弁５３より上流側の水素ガスが排出弁５３を介して水排出路４４を通ってエジェクタ部６０に送られるように、水素ガスの流れが生じる。それにより、燃料電池システム１における排出弁５３より上流側で残存する水（例えば、気液分離器５９において水素ガスから分離された水）を排出することができる。この際、エジェクタ部６０において空気の流れにより水を吸引することができるので、排出される水の流速を増大させることができる。ゆえに、燃料電池システム１における排出弁５３より上流側で残存する水を十分に排出することができるので、例えば、燃料電池１０内に水が残存することに起因する燃料電池１０の電圧の低下や残存した水の凍結が生じることを抑制することができる。 When the discharge valve 53 is opened during power generation by the fuel cell 10 as described above, as shown by the arrow F23 in FIG. A flow of hydrogen gas is generated to be sent through the ejector section 60 . Thereby, water remaining upstream of the discharge valve 53 in the fuel cell system 1 (for example, water separated from hydrogen gas in the gas-liquid separator 59) can be discharged. At this time, since water can be sucked by the air flow in the ejector section 60, the flow rate of the discharged water can be increased. Therefore, water remaining upstream of the discharge valve 53 in the fuel cell system 1 can be sufficiently discharged, so that, for example, a voltage drop in the fuel cell 10 due to water remaining in the fuel cell 10 or Freezing of the remaining water can be suppressed.

ここで、燃料電池１０の発電時に排出弁５３を開放する際に、排出される水の流速を燃料電池システム１における排出弁５３より上流側で残存する水の量（以下、残存水量とも呼ぶ）に応じて適切に増大させる観点では、制御装置１００は、残存水量と相関するパラメータに基づいて、エジェクタ部６０の吸引部６２の吸引性能を制御することが好ましい。上記パラメータは、例えば、燃料電池１０の電圧または燃料電池１０の温度を含み得る。 Here, when the discharge valve 53 is opened during power generation by the fuel cell 10, the flow rate of the discharged water is defined as the amount of water remaining upstream of the discharge valve 53 in the fuel cell system 1 (hereinafter also referred to as residual water amount). From the viewpoint of appropriately increasing the amount of water according to the amount of water, it is preferable that the control device 100 controls the suction performance of the suction section 62 of the ejector section 60 based on a parameter correlated with the amount of remaining water. The parameters may include, for example, the voltage of the fuel cell 10 or the temperature of the fuel cell 10.

例えば、燃料電池１０の発電時に排出弁５３を開放する際に、制御装置１００は、上記パラメータとしての燃料電池１０の電圧に基づいて、エジェクタ部６０の吸引部６２の吸引性能を制御する。ここで、残存水量が多いほど、燃料電池１０の電圧が低くなる。つまり、燃料電池１０の電圧が低いほど、残存水量が多くなる傾向があるので、排出される水の流速（ひいては、水の吸引力）を大きくする必要がある。ゆえに、制御装置１００は、例えば、燃料電池１０の電圧が低いほど、ノズル部６１のノズル孔６１ａの流路断面積が小さくなるように遮蔽装置８１の動作を制御することにより、エジェクタ部６０の吸引部６２の吸引性能を高くする。それにより、排出される水の流速（ひいては、水の吸引力）を残存水量に応じてより適切に増大させることができる。 For example, when opening the exhaust valve 53 when the fuel cell 10 generates power, the control device 100 controls the suction performance of the suction section 62 of the ejector section 60 based on the voltage of the fuel cell 10 as the parameter. Here, the larger the amount of remaining water, the lower the voltage of the fuel cell 10. In other words, the lower the voltage of the fuel cell 10, the more the amount of remaining water tends to increase, so it is necessary to increase the flow rate of the discharged water (and therefore the suction power of the water). Therefore, for example, the control device 100 controls the operation of the shielding device 81 so that the lower the voltage of the fuel cell 10 is, the smaller the flow path cross-sectional area of the nozzle hole 61a of the nozzle portion 61 becomes. To improve the suction performance of the suction part 62. Thereby, the flow rate of the discharged water (and thus the suction power of the water) can be increased more appropriately in accordance with the amount of remaining water.

また、例えば、燃料電池１０の発電時に排出弁５３を開放する際に、制御装置１００は、上記パラメータとしての燃料電池１０の温度に基づいて、エジェクタ部６０の吸引部６２の吸引性能を制御する。なお、燃料電池１０の温度としては、例えば、温度センサ９２により検出される冷媒の温度を利用することができる。ここで、燃料電池１０の温度が低いほど、燃料電池１０において生成された水が蒸発しにくくなるので、燃料電池１０内に残存している水の量が多くなりやすい。つまり、燃料電池１０の温度が低いほど、残存水量が多くなる傾向があるので、排出される水の流速（ひいては、水の吸引力）を大きくする必要がある。ゆえに、制御装置１００は、例えば、燃料電池１０の温度が低いほど、ノズル部６１のノズル孔６１ａの流路断面積が小さくなるように遮蔽装置８１の動作を制御することにより、エジェクタ部６０の吸引部６２の吸引性能を高くする。それにより、排出される水の流速（ひいては、水の吸引力）を残存水量に応じてより適切に増大させることができる。 Further, for example, when opening the exhaust valve 53 when the fuel cell 10 generates electricity, the control device 100 controls the suction performance of the suction section 62 of the ejector section 60 based on the temperature of the fuel cell 10 as the parameter. . Note that, as the temperature of the fuel cell 10, for example, the temperature of the refrigerant detected by the temperature sensor 92 can be used. Here, the lower the temperature of the fuel cell 10, the more difficult it is for water generated in the fuel cell 10 to evaporate, so the amount of water remaining in the fuel cell 10 tends to increase. In other words, the lower the temperature of the fuel cell 10, the more the amount of remaining water tends to increase, so it is necessary to increase the flow rate of the discharged water (and thus the suction power of the water). Therefore, for example, the control device 100 controls the operation of the shielding device 81 so that the lower the temperature of the fuel cell 10 is, the smaller the flow path cross-sectional area of the nozzle hole 61a of the nozzle portion 61 becomes. To improve the suction performance of the suction part 62. Thereby, the flow rate of the discharged water (and thus the suction power of the water) can be increased more appropriately in accordance with the amount of remaining water.

なお、上記パラメータは、燃料電池１０の電圧や燃料電池１０の温度以外の他のパラメータであってもよく、例えば、燃料電池１０の内部インピーダンスであってもよい。例えば、制御装置１００は、燃料電池１０の内部インピーダンスに基づいて残存容量を推定し、推定される残存容量に応じて吸引部６２の吸引性能を制御してもよい。また、気液分離器５９に貯留されている水の量を検出するセンサが燃料電池システム１に設けられる場合、当該センサの検出値が上記パラメータとして用いられてもよい。つまり、上記パラメータとして、残存水量の測定値や推定値が用いられてもよい。 Note that the above parameter may be a parameter other than the voltage of the fuel cell 10 or the temperature of the fuel cell 10, and may be, for example, the internal impedance of the fuel cell 10. For example, the control device 100 may estimate the remaining capacity based on the internal impedance of the fuel cell 10, and control the suction performance of the suction unit 62 according to the estimated remaining capacity. Further, when the fuel cell system 1 is provided with a sensor that detects the amount of water stored in the gas-liquid separator 59, the detected value of the sensor may be used as the parameter. That is, a measured value or an estimated value of the amount of remaining water may be used as the above-mentioned parameter.

［起動時］
次に、図５を参照して、燃料電池１０の起動時の燃料電池システム１における空気および水素ガスの流れについて説明する。 [At startup]
Next, with reference to FIG. 5, the flow of air and hydrogen gas in the fuel cell system 1 at the time of startup of the fuel cell 10 will be described.

燃料電池１０の起動は、燃料電池１０を発電可能な状態にするための処理であり、例えば、燃料電池１０の暖機や空気流路１２や水素ガス流路１４の水の排出や反応ガスの充填等を含む。つまり、燃料電池１０の起動が完了した後に、上述した燃料電池１０の発電が行われる。 Starting up the fuel cell 10 is a process for putting the fuel cell 10 into a state where it can generate electricity, and includes, for example, warming up the fuel cell 10, discharging water from the air flow path 12 and hydrogen gas flow path 14, and discharging the reaction gas. Including filling etc. That is, after the activation of the fuel cell 10 is completed, the above-described power generation of the fuel cell 10 is performed.

ここで、燃料電池１０の起動には、アノード電極に水素ガスが必要であり、空気等の水素以外のガスがある場合には水素ガスによる掃気が行われる。当該掃気は、開閉弁５２を開き、排出弁５３を一時的に開いて水素ガスを流すことにより、当該水素ガス流路１４内に溜まっている水素以外のガスを排出する処理である。換言すると、当該掃気は、アノード電極にあるガスを水素ガスに置換する処理である。 Here, in order to start up the fuel cell 10, hydrogen gas is required for the anode electrode, and if there is a gas other than hydrogen such as air, scavenging with hydrogen gas is performed. The scavenging is a process of opening the on-off valve 52 and temporarily opening the exhaust valve 53 to allow hydrogen gas to flow, thereby exhausting gases other than hydrogen accumulated in the hydrogen gas flow path 14. In other words, the scavenging is a process of replacing gas in the anode electrode with hydrogen gas.

図５は、燃料電池１０の起動時の燃料電池システム１における空気および水素ガスの流れを示す模式図である。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the flow of air and hydrogen gas in the fuel cell system 1 when the fuel cell 10 is started.

まず、空気の流れについて説明する。燃料電池１０の起動時には、燃料電池１０の発電時と同様に、コンプレッサ３３が制御装置１００により駆動される。それにより、図５で矢印Ｆ１０により示されるように、吸入口３１から空気が吸入され、当該空気が空気供給路２１を介して燃料電池１０内の空気流路１２に送られ、空気排出路２２から排出されるように、空気の流れが生じる。 First, air flow will be explained. When starting up the fuel cell 10, the compressor 33 is driven by the control device 100, similarly to when the fuel cell 10 generates electricity. As a result, as shown by the arrow F10 in FIG. A flow of air is created as it is expelled from.

次に、水素ガスの流れについて説明する。燃料電池１０の起動時には、開閉弁５２および排出弁５３がともに開状態となるように各弁が制御装置１００により制御される。それにより、図５で矢印Ｆ２４により示されるように、水素ガスが、水素タンク５１から水素ガス供給路４１を介して燃料電池１０内の水素ガス流路１４に送られ、排出弁５３を介して水排出路４４を通り、エジェクタ部６０に送られるように、水素ガスの流れが生じる。ゆえに、燃料電池１０（具体的には、燃料電池１０内の水素ガス流路１４）を水素ガスにより掃気することができる。この際、エジェクタ部６０において空気の流れにより水素ガスを吸引することができるので、排出される水素ガスの流速を増大させることができる。ゆえに、水素ガス流路１４内に溜まっている空気を素早く効率的に除去することができるので、例えば、水素ガス流路１４内に空気が残存することに起因する劣化影響の時間を減らしたり、起動時間を短縮し、より早く発電可能となる。 Next, the flow of hydrogen gas will be explained. When starting up the fuel cell 10, each valve is controlled by the control device 100 so that the on-off valve 52 and the discharge valve 53 are both in an open state. As a result, as shown by arrow F24 in FIG. A flow of hydrogen gas is generated through the water discharge path 44 and sent to the ejector section 60 . Therefore, the fuel cell 10 (specifically, the hydrogen gas flow path 14 in the fuel cell 10) can be scavenged with hydrogen gas. At this time, since the hydrogen gas can be sucked by the air flow in the ejector section 60, the flow rate of the discharged hydrogen gas can be increased. Therefore, since the air accumulated in the hydrogen gas flow path 14 can be quickly and efficiently removed, for example, the time for deterioration caused by air remaining in the hydrogen gas flow path 14 can be reduced, Start-up time is shortened and power can be generated faster.

ここで、燃料電池１０の起動時に燃料電池１０を水素ガスにより掃気する際に、排出される水素ガスの流速を水素ガス流路１４内に溜まっている空気の量に応じて適切に増大させる観点では、制御装置１００は、燃料電池１０の電圧（具体的には、開回路電圧）に基づいて、エジェクタ部６０の吸引部６２の吸引性能を制御することが好ましい。 Here, when the fuel cell 10 is scavenged with hydrogen gas at the time of startup of the fuel cell 10, the flow rate of the discharged hydrogen gas is appropriately increased according to the amount of air accumulated in the hydrogen gas flow path 14. In this case, it is preferable that the control device 100 controls the suction performance of the suction section 62 of the ejector section 60 based on the voltage of the fuel cell 10 (specifically, the open circuit voltage).

上述したように、燃料電池１０の起動時には、水素ガス流路１４内に空気が溜まっている場合がある。ここで、燃料電池１０の開回路電圧の上昇速度が遅いほど、水素ガス流路１４内に溜まっている空気の量が多くなる傾向があるので、排出される水素ガスの流速を大きくする必要がある。ゆえに、制御装置１００は、例えば、燃料電池１０の開回路電圧の上昇速度が遅いほど、ノズル部６１のノズル孔６１ａの流路断面積が小さくなるように遮蔽装置８１の動作を制御することにより、エジェクタ部６０の吸引部６２の吸引性能を高くする。それにより、排出される水素ガスの流速を水素ガス流路１４内に溜まっている空気の量に応じて適切に増大させることができる。 As described above, when the fuel cell 10 is started, air may remain in the hydrogen gas flow path 14. Here, the slower the rate of increase in the open circuit voltage of the fuel cell 10, the larger the amount of air accumulated in the hydrogen gas passage 14 tends to be, so it is necessary to increase the flow rate of the discharged hydrogen gas. be. Therefore, the control device 100 controls the operation of the shielding device 81 so that, for example, the slower the rate of increase in the open circuit voltage of the fuel cell 10, the smaller the flow path cross-sectional area of the nozzle hole 61a of the nozzle part 61. , the suction performance of the suction section 62 of the ejector section 60 is increased. Thereby, the flow rate of the discharged hydrogen gas can be appropriately increased according to the amount of air accumulated in the hydrogen gas flow path 14.

なお、上記では、遮蔽装置８１を用いることによってノズル部６１の流路断面積（具体的には、ノズル孔６１ａの流路断面積）が制御される例を説明したが、制御装置１００は、他の方法によってノズル部６１の流路断面積を制御してもよい。例えば、ノズル部６１自体が変形可能となっている場合、制御装置１００は、ノズル部６１を変形させることによって、ノズル部６１の流路断面積を制御してもよい。 In addition, although the example in which the flow path cross-sectional area of the nozzle part 61 (specifically, the flow path cross-sectional area of the nozzle hole 61a) is controlled by using the shielding device 81 has been described above, the control device 100 The flow passage cross-sectional area of the nozzle portion 61 may be controlled by other methods. For example, if the nozzle part 61 itself is deformable, the control device 100 may control the flow passage cross-sectional area of the nozzle part 61 by deforming the nozzle part 61.

また、上記では、ノズル部６１の流路断面積が制御されることによって吸引部６２の吸引性能が制御される例を説明したが、制御装置１００は、他の方法によって吸引部６２の吸引性能を制御してもよい。例えば、制御装置１００は、ノズル部６１より上流側での空気の圧力を制御することによって、吸引部６２の吸引性能を制御してもよい。なお、ノズル部６１より上流側での空気の圧力の制御は、例えば、コンプレッサ３３の動作を制御する、または背圧調整弁を制御することによって実現され得る。 Moreover, although the example in which the suction performance of the suction unit 62 is controlled by controlling the cross-sectional area of the flow path of the nozzle unit 61 has been described above, the control device 100 can also control the suction performance of the suction unit 62 by using other methods. may be controlled. For example, the control device 100 may control the suction performance of the suction section 62 by controlling the air pressure upstream of the nozzle section 61. Note that control of the air pressure upstream of the nozzle portion 61 can be realized, for example, by controlling the operation of the compressor 33 or by controlling a back pressure regulating valve.

<燃料電池システムの効果>
続いて、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１の効果について説明する。 <Effects of fuel cell system>
Next, the effects of the fuel cell system 1 according to the embodiment of the present invention will be explained.

本実施形態に係る燃料電池システム１では、水排出路４４は、空気排出路２２と合流しており、水排出路４４と空気排出路２２とが合流する合流部分には、空気の流れで水を吸引するエジェクタ部６０が設けられている。それにより、水排出路４４を通って排出される水を、エジェクタ部６０において空気の流れにより吸引することができる。ゆえに、燃料電池システム１において水を排出する際に、水の流速を増大させることができる。 In the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the water discharge passage 44 merges with the air discharge passage 22, and at the confluence portion where the water discharge passage 44 and the air discharge passage 22 merge, water is An ejector section 60 is provided for sucking. Thereby, the water discharged through the water discharge path 44 can be sucked by the air flow in the ejector section 60. Therefore, when discharging water in the fuel cell system 1, the flow rate of water can be increased.

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、エジェクタ部６０は、空気排出路２２（具体的には、第１排出路２２ａ）を流通する空気を加速して噴射するノズル部６１と、ノズル部６１から噴射される空気の流れによって水が吸引される吸引部６２と、ノズル部６１から噴射された空気と、吸引部６２において吸引された水とが混合されて流通する混合部６３とを有することが好ましい。それにより、エジェクタ部６０において空気の流れにより水を吸引することを適切に実現することができる。 Furthermore, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the ejector unit 60 includes a nozzle unit 61 that accelerates and injects air flowing through the air exhaust path 22 (specifically, the first exhaust path 22a), and a nozzle A suction part 62 where water is sucked by the flow of air jetted from the nozzle part 61, and a mixing part 63 where the air jetted from the nozzle part 61 and the water sucked in the suction part 62 are mixed and distributed. It is preferable to have. Thereby, water can be properly sucked by the air flow in the ejector section 60.

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、吸引部６２の吸引性能を制御する制御装置１００をさらに備えることが好ましい。それにより、吸引部６２の吸引性能を調整することによって、排出される水および水素ガス等の流体の流速をより適切に増大させることができる。 Further, it is preferable that the fuel cell system 1 according to the present embodiment further includes a control device 100 that controls the suction performance of the suction section 62. Thereby, by adjusting the suction performance of the suction part 62, the flow rate of the discharged fluid such as water and hydrogen gas can be increased more appropriately.

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、制御装置１００は、ノズル部６１の流路断面積を制御することによって、吸引部６２の吸引性能を制御することが好ましい。それにより、吸引部６２の吸引性能を適切に制御することができる。 Further, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the control device 100 preferably controls the suction performance of the suction section 62 by controlling the cross-sectional area of the flow path of the nozzle section 61. Thereby, the suction performance of the suction section 62 can be appropriately controlled.

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、制御装置１００は、ノズル部６１より上流側での空気の圧力を制御することによって、吸引部６２の吸引性能を制御することが好ましい。それにより、吸引部６２の吸引性能を適切に制御することができる。 Further, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the control device 100 preferably controls the suction performance of the suction section 62 by controlling the air pressure upstream of the nozzle section 61. Thereby, the suction performance of the suction section 62 can be appropriately controlled.

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、水素ガス排出路４２と水排出路４４との間には、水を排出する排出弁５３が設けられており、燃料電池１０の発電時に排出弁５３を開放する際に、制御装置１００は、燃料電池システム１における排出弁５３より上流側で残存する水の量（つまり、残存水量）と相関するパラメータに基づいて、吸引部６２の吸引性能を制御することが好ましい。それにより、排出される水の流速を残存水量に応じて適切に増大させることができる。 Furthermore, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, a discharge valve 53 for discharging water is provided between the hydrogen gas discharge path 42 and the water discharge path 44. 53, the control device 100 controls the suction performance of the suction section 62 based on a parameter that correlates with the amount of water remaining upstream of the discharge valve 53 in the fuel cell system 1 (that is, the amount of remaining water). Preferably controlled. Thereby, the flow rate of the discharged water can be appropriately increased according to the amount of remaining water.

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、上記パラメータは、燃料電池１０の電圧を含むことが好ましい。それにより、排出される水の流速を残存水量に応じてより適切に増大させることができる。 Further, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, it is preferable that the parameters include the voltage of the fuel cell 10. Thereby, the flow rate of discharged water can be increased more appropriately according to the amount of remaining water.

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、上記パラメータは、燃料電池１０の温度を含むことが好ましい。それにより、排出される水の流速を残存水量に応じてより適切に増大させることができる。 Further, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, it is preferable that the above parameters include the temperature of the fuel cell 10. Thereby, the flow rate of discharged water can be increased more appropriately according to the amount of remaining water.

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、上記パラメータは、燃料電池１０の内部インピーダンスを含むことが好ましい。それにより、排出される水の流速を残存水量に応じてより適切に増大させることができる。 Further, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, it is preferable that the above parameters include the internal impedance of the fuel cell 10. Thereby, the flow rate of discharged water can be increased more appropriately according to the amount of remaining water.

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、燃料電池１０の起動時に燃料電池１０を水素ガスにより掃気する際に、制御装置１００は、燃料電池１０の電圧に基づいて、吸引部６２の吸引性能を制御することが好ましい。それにより、排出される水素ガスの流速を水素ガス流路１４内に溜まっている空気の量に応じて適切に増大させることができる。 Further, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, when scavenging the fuel cell 10 with hydrogen gas at the time of startup of the fuel cell 10, the control device 100 controls the suction unit 62 based on the voltage of the fuel cell 10. Preferably, the performance is controlled. Thereby, the flow rate of the discharged hydrogen gas can be appropriately increased according to the amount of air accumulated in the hydrogen gas flow path 14.

また、本実施形態に係る燃料電池システム１では、吸引部６２には、外気が供給される外気流路７１が接続されていることが好ましい。それにより、吸引部６２において、外気流路７１から吸引部６２に送られる外気をノズル部６１から噴射される空気の流れによって吸引することができる。ゆえに、水の排出が行われる際に、排出されるガスにおける空気の割合を増大させることができるので、燃料電池システム１から排出されるガスにおける水素濃度を効果的に低減することができる。 Further, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, it is preferable that the suction section 62 is connected to an outside air flow path 71 through which outside air is supplied. Thereby, in the suction part 62, the outside air sent from the outside air flow path 71 to the suction part 62 can be suctioned by the flow of air injected from the nozzle part 61. Therefore, when water is discharged, the proportion of air in the discharged gas can be increased, so that the hydrogen concentration in the gas discharged from the fuel cell system 1 can be effectively reduced.

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications within the scope of the claims are possible. It goes without saying that modifications and modifications also fall within the technical scope of the present invention.

例えば、上記では、図１を参照して、燃料電池システム１の構成について説明したが、本発明に係る燃料電池システムの構成は、このような例に限定されず、例えば、図１に示される燃料電池システム１に対して一部の構成要素を削除、追加または変更したものであってもよい。具体的には、本発明に係る燃料電池システムの構成は、図１に示される燃料電池システム１に対して気液分離器５９を省略したものであってもよい。また、本発明に係る燃料電池システムの構成は、図１に示される燃料電池システム１に対して水素ガス還流路４３を省略したものであってもよい。 For example, although the configuration of the fuel cell system 1 has been described above with reference to FIG. 1, the configuration of the fuel cell system according to the present invention is not limited to such an example, and for example, as shown in FIG. Some components of the fuel cell system 1 may be deleted, added, or changed. Specifically, the configuration of the fuel cell system according to the present invention may be such that the gas-liquid separator 59 is omitted from the fuel cell system 1 shown in FIG. 1. Furthermore, the configuration of the fuel cell system according to the present invention may be such that the hydrogen gas recirculation path 43 is omitted from the fuel cell system 1 shown in FIG.

また、例えば、上記では、温度センサ９２により検出される冷媒の温度が燃料電池１０の温度に相当する値として利用される例について説明したが、温度センサ９２以外の他のセンサ（例えば、燃料電池１０の一部の温度を検出するセンサや燃料電池１０の温度と相関する温度以外の物理量を検出するセンサ等）の検出結果が燃料電池１０の温度に相当する値として利用されてもよい。なお、その場合、燃料電池システム１の構成から温度センサ９２は省略され得る。 Further, for example, in the above description, an example has been described in which the temperature of the refrigerant detected by the temperature sensor 92 is used as a value corresponding to the temperature of the fuel cell 10, but other sensors other than the temperature sensor 92 (for example, The detection result of a sensor that detects the temperature of a part of the fuel cell 10 or a sensor that detects a physical quantity other than the temperature correlated with the temperature of the fuel cell 10 may be used as a value corresponding to the temperature of the fuel cell 10. Note that in that case, the temperature sensor 92 may be omitted from the configuration of the fuel cell system 1.

本発明は、燃料電池システムに利用できる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for a fuel cell system.

１燃料電池システム
１０燃料電池
１２空気流路
１４水素ガス流路
２１空気供給路
２２空気排出路
２２ａ第１排出路
２２ｂ第２排出路
３１吸入口
３２エアフィルタ
３３コンプレッサ
４１水素ガス供給路
４２水素ガス排出路
４３水素ガス還流路
４４水排出路
５１水素タンク
５２開閉弁
５３排出弁
５４ポンプ
５９気液分離器
６０エジェクタ部
６１ノズル部
６１ａノズル孔
６１ｂ貫通孔
６２吸引部
６３混合部
７１外気流路
８１遮蔽装置
８１ａ遮蔽部材
９１電圧センサ
９２温度センサ
１００制御装置 1 Fuel cell system 10 Fuel cell 12 Air channel 14 Hydrogen gas channel 21 Air supply channel 22 Air discharge channel 22a First discharge channel 22b Second discharge channel 31 Inlet 32 Air filter 33 Compressor 41 Hydrogen gas supply channel 42 Hydrogen gas Discharge channel 43 Hydrogen gas reflux channel 44 Water discharge channel 51 Hydrogen tank 52 On-off valve 53 Discharge valve 54 Pump 59 Gas-liquid separator 60 Ejector section 61 Nozzle section 61a Nozzle hole 61b Through hole 62 Suction section 63 Mixing section 71 Outside air flow channel 81 Shielding device 81a Shielding member 91 Voltage sensor 92 Temperature sensor 100 Control device

Claims

fuel cell and
a water discharge channel connected to a hydrogen gas discharge channel through which hydrogen gas discharged from the fuel cell flows, and through which water contained in the hydrogen gas flows;
an air exhaust path through which air exhausted from the fuel cell flows;
Equipped with
The water discharge path merges with the air discharge path,
An ejector unit that sucks water using an air flow is provided at a confluence portion where the water discharge path and the air discharge path merge,
The ejector section is
a nozzle portion that accelerates and injects air flowing through the air discharge path;
a suction unit that sucks water by the flow of air jetted from the nozzle unit;
a mixing section in which air injected from the nozzle section and water sucked in the suction section are mixed and distributed;
has
further comprising a control device that controls suction performance of the suction unit based on the voltage of the fuel cell when scavenging the fuel cell with hydrogen gas at the time of startup of the fuel cell;
fuel cell system.

fuel cell and
a water discharge channel connected to a hydrogen gas discharge channel through which hydrogen gas discharged from the fuel cell flows, and through which water contained in the hydrogen gas flows;
an air exhaust path through which air exhausted from the fuel cell flows;
Equipped with
The water discharge path merges with the air discharge path,
An ejector unit that sucks water with an air flow is provided at a confluence part where the water discharge path and the air discharge path merge,
The ejector section is
a nozzle portion that accelerates and injects air flowing through the air discharge path;
a suction unit that sucks water by the flow of air jetted from the nozzle unit;
a mixing section in which air injected from the nozzle section and water sucked in the suction section are mixed and distributed;
has
A discharge valve for discharging water is provided between the hydrogen gas discharge channel and the water discharge channel,
The suction performance of the suction section is adjusted such that when the discharge valve is opened during power generation by the fuel cell, the suction performance of the suction section increases as the amount of water remaining upstream of the discharge valve increases. further comprising a control device for controlling the
fuel cell system.

The control device controls the suction performance of the suction section by controlling the cross-sectional area of the flow path of the nozzle section.
The fuel cell system according to claim 1 or 2 .

The control device controls the suction performance of the suction section by controlling the pressure of air upstream from the nozzle section.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3 .

A discharge valve for discharging water is provided between the hydrogen gas discharge channel and the water discharge channel,
When opening the discharge valve during power generation by the fuel cell, the control device controls the suction of the suction unit based on a parameter that correlates with the amount of water remaining upstream of the discharge valve in the fuel cell system. control performance,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4 .

the parameter includes a voltage of the fuel cell;
The fuel cell system according to claim 5 .

the parameter includes a temperature of the fuel cell;
The fuel cell system according to claim 5 or 6 .

the parameter includes an internal impedance of the fuel cell;
The fuel cell system according to any one of claims 5 to 7 .

When scavenging the fuel cell with hydrogen gas at startup of the fuel cell, the control device controls the suction performance of the suction unit based on the voltage of the fuel cell.
The fuel cell system according to claim 2 .

An outside air flow path through which outside air is supplied is connected to the suction part.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 9 .